超長超寬地下室結構設計探析

■黃長沙 ■福建西海岸建筑設計院，福建 福州 350000

近年來，超長超寬地下室結構已經得到越來越廣泛應用，在進行設計時需要重點考慮地下室超長給結構帶來的不利影響，尤其要注意防止因為“超長”而使結構出現較大較多的裂縫，影響結構的耐久性甚至安全性。

1 超長地下室結構混凝土的裂縫成因及影響因素

(1)由荷載的直接應力和結構次應力引起的裂縫。這部分裂縫所占比例較小。

(2)結構因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫。超長超寬地下室的上部往往有多個層數、平面布置及結構形式不同的塔樓，由此可引起基礎的不均勻沉降而使結構產生裂縫。此外因為結構“超長”使混凝土溫度裂縫及收縮裂縫有加劇的趨勢。裂縫的發生與原材料、設計、施工及使用維護等多方面因素有關，現分析如下:①材料因素。混凝土是由各種具有不同自身性質的成分材料按照一定比例拌制而成的，并非是一種理想的均質材料，其自身缺陷對混凝土開裂的影響將是必然的。例如:混凝土硬化期間水泥釋放出大量水化熱，引起混凝土溫度上升。由于混凝土表面散熱條件較好，熱量容易釋放，溫度上升較少;而混凝土內部由于散熱條件較差，使溫度上升較多而形成約束，其結果使得混凝土面層產生拉應力。當該拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土表面就產生了溫度裂縫。除此之外，混凝土結硬產生的干縮裂縫、混凝土終凝之前產生的塑性收縮裂縫等都是緣于混凝土自身材料因素的影響。②設計因素。現行結構設計規范中對結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫控制寬度限值進行了明確規定，說明在保證結構安全和滿足使用要求的前提下，很多結構構件是可以帶裂縫工作的。即設計本身并沒有考慮從根本上避免結構在使用階段裂縫的產生。而超長地下室通常布置較為復雜，造成結構平面布置不合理，進而出現應力集中等不利情況，造成結構開裂。

2 超長地下室結構混凝土的裂縫控制原則

對于超長結構的裂縫控制多采用“抗”與“放”相結合的原則。“放”即減除約束，以設置永久性伸縮縫或設置后澆帶等方法，將超長的現澆混凝土結構分割成若干塊較規整的平面，以釋放大部分變形，減少約束應力。“抗”的方法是采取有效措施提高結構抗力，減少混凝土收縮，提高混凝土的抗拉強度。將“放”與“抗”相結合可以使結構既不產生很大的變位，又不產生很大的應力，確保了承載力極限狀態，也滿足正常使用狀態，將裂縫控制在規定范圍內。

3 工程實例

某小區，由5幢18～26層高層，6幢多層，建筑面積約10萬平方米，一層結合的大底盤地下室，建筑面積約為2萬平方米，地下室長達300米。

3．1 第一方案的設計理由及措施

為解決地下室頂板長度太長，避免收縮變形造成地下室結構破壞的問題，在(D-22)軸和(D-37)軸附近增設兩道變形縫，此兩道變形縫均在主體塔樓結構之外，并從地下室基礎至頂板完全斷開，綜合伸縮縫、沉降縫和抗震縫的功能，把一個大地下室劃分成為3個尺寸相對較小的、平面較為簡單的地下室，其最大地下室長度方向最大尺寸約為164米。如此劃分以后，使單個地下室頂板不同高差板面太多的問題得到簡化，頂板面標高由原來的6種減小為4種;也使施工過程宜于分段，方便不同施工單位合作施工。但是由于地下室分縫產生的不利影響是防水問題，變形縫處是防水的薄弱環節，擬采用如下防水措施予以彌補:(1)結施墻板梁的縫隙中嵌入防水材料。(2)設置橡膠止水帶。(3)在縫隙迎水面增設補償卷材防水層。(4)在縫隙迎水面設置防水層的保護層。(5)在縫隙附近增設排水溝和集水井，方便維修排水。變形縫處施工難度增加，維護費用增加。柔性防水的使用年限較短，可靠性差，需要經常予以維護。當結構變形相對較大時更是如此。

3．2 第二方案的設計理由及措施

(1)在(D-22)軸處宜設伸縮縫，但底板可以連在一起;(2)地下室頂板應覆土800～1000mm，并做好頂板和側板的防水，頂板宜采用柔性防水層;(3)對施工后澆帶應作進一步優化，使后澆帶設置比較規則，方便施工;(4)單層地下室側壁和頂板宜采用C30混凝土，并嚴格控制水灰比，可以考慮摻入微膨脹劑或聚丙烯纖維等外加劑;(5)必要時可在外墻設水平布置的無粘結預應力鋼絞索，防止側板開裂;(6)單層地下室側壁和頂板的施工應根據不同氣候條件采取相應的技術措施。

最終設計采用僅在(D-40)軸與(D-41)軸間設置一道伸縮縫，將地下室分為1#(左側)地下室和2#(右側)地下室兩部分，兩地下室在中間車道處局部連通。1#地下室長約164m，寬約110m;2#地下室長約127m，寬約105m，仍然超長超寬，抗裂及變形縫處的防水處理成為設計的重點。首先基礎采用鉆孔灌注樁，以卵石層為樁端持力層，樁長約70m，樁徑600～800mm。采用樁基礎使上部塔樓與純地下室沉降差異及沉降變形量都較小，并且在塔樓與地下室連接處設置了沉降后澆帶，以減小因沉降差異引起的結構裂縫。其次為解決施工期間的混凝土自收縮設置了伸縮后澆帶。地下室內部在使用階段受溫度變化影響較小，需解決的主要問題是混凝土收縮應力對結構的不利影響。沉降及伸縮后澆帶一般設置在結構受力較小處，一般在梁、板跨度內的1/3處，且注意豎向對齊、平面規整，方便施工。后澆帶應采用填充用膨脹混凝土澆筑，其強度等級比兩側混凝土提高一級且≥C30，澆筑時溫度宜低于兩側混凝土澆筑時的溫度。為更好消除約束力的積聚，后澆帶中鋼筋采取梁底筋腰筋不斷開，面筋隔一斷一(角筋不斷開);板底筋隔一斷一，面筋全部斷開;墻筋全部斷開的措施，斷開鋼筋采用搭接，搭接長度控制為1．6la。

4 結束語

超長超寬地下室的結構設計涉及許多內容，是一門綜合性很強的工作，而且有許多問題還沒有得到完善的解決，需要人們在實踐中不斷積累經驗，并且借助國外成功的例子對現有的設計方法進行優化。另外，對于平面尺寸過大的地下室的設計要根據具體情況遵循“抗”與“放”結合的原則，分析主要因素，采取有效的方法和措施，并在實踐中不斷積累經驗，總結得失，提高設計水平。

［1］中國人民共和國建設部．GB50010-2010《混凝土結構設計規范》．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［2］楊嗣信．高層建筑施工手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2001．

［3］王鐵夢．工程結構裂縫控制［M］．北京:中國建筑工業出版社，1997．